题目内容

20.某同学设计了一个电磁弹射加喷气推动的起飞装置.如图所示,水平固定在绝缘底座上的两根足够长的平行光滑导轨,电阻不计,间距为L,通过开关与电源相连,电源电动势为E,内阻为r.导轨间加有竖直向下的匀强磁场,磁感应强度为B,电阻为R的轻金属棒CD垂直于导轨静止放置,上面固定着质量为m的舰载机.合上开关K开始工作,CD棒在安培力的作用下加速,当棒带着舰载机获得最大速度时,开关自动断开,同时舰载机自动脱离金属棒并启动发动机工作,把质量为△m的高温高压燃气水平向后喷出,喷出的燃气相对于喷气后舰载机的速度为u,获得更大的速度后腾空而起.

(1)开关合上瞬间,舰载机获得的加速度a;
(2)开关自动断开前舰载机最大速度v1;
(3)喷气后舰载机增加的速度△v.

分析 (1)根据闭合电路的欧姆定律求得电流,根据牛顿第二定律求得产生的加速度;
(2)当导体棒Cd切割产生的感应电动势等于电源电动势时,速度最大;
(3)根据动量定理求得舰载机增加的速度

解答 解:(1)根据闭合电路的欧姆定律可知:I=$\frac{E}{R+r}$
导体棒受到的安培力为:F=BIL=$\frac{BEL}{R+r}$
根据牛顿第二定律可知:F=ma
解得:a=$\frac{BEL}{m(E+r)}$
(2)当导体棒产生的感应电动势等于电源的电动势时,此时速度达到最大,即为:
E=BLv
解得:v=$\frac{E}{BL}$
(3)根据动量定理可知:△m(u-△v)-(m-△m)△v=0
解得:$△v=\frac{△mu}{m}$
答:(1)开关合上瞬间,舰载机获得的加速度a为得$\frac{BEL}{m(E+r)}$;
(2)开关自动断开前舰载机最大速度v1为$\frac{E}{BL}$
(3)喷气后舰载机增加的速度△v为$\frac{△mU}{m}$.

点评 本题主要考查了电磁感应定律、动量定理、动量守恒定律的直接应用,要求同学们能正确分析物体的受力情况和运动情况,注意求电荷量时要用平均电流,用动量守恒定律解题时要规定正方向,难度较大.

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